7.
(2016•嘉兴二模)金属钛(Ti)被称为21世纪金属,在航海、航空、记忆和涂料方面应用广泛,TiO
2是一种优良的光催化剂.20世纪科学家尝试用多种方法将金红石(TiO
2)还原,发现金红石直接氯化是冶炼钛的关键步骤:
TiO
2(s)+2Cl
2(g)═TiCl
4(g)+O
2(g)△H=+1493kJ•mol
-1,△S=+61J•K
-1•mol
-1该反应发生温度高达2170℃,能耗大,对设备和生产要求几乎达到苛刻程度.目前科学家采用金红石加碳氯化方法,在较温和条件下成功制取TiCl
4,为人类快速迈进钛合金时代做出了巨大贡献.金红石加碳氯化的主要反应如下:
反应Ⅰ:TiO
2(s)+2Cl
2(g)+C(s)
TiCl
4(g)+CO
2(g)△H
1,△S
1=+64J•K
-1•mol
-1反应Ⅱ:TiO
2(s)+2Cl
2(g)+2C(s)
TiCl
4(g)+2CO(g)△H
2,△S
2已知:①C(s)+O
2(g)═CO
2(g)△H=-394.3kJ•mol
-1②2C(s)+O
2(g)═2CO(g)△H=-222.3kJ•mol
-1请回答:
(1)反应Ⅰ的△H
1=
kJ•mol
-1.
(2)对于气体参加的反应,表示平衡常数K
P时,用气体组分B的平衡压强P(B)代替该气体物质的量浓度c(B),则反应Ⅰ的K
P=
(用表达式表示).
(3)将金红石加碳氯化反应与金红石直接氯化反应比较,从焓变熵变的角度分析金红石加碳氯化能在较温和条件下成功制取TiCl
4的原因
.
(4)在常温、常压、光照条件下,N
2在催化剂TiO
2表面与H
2O发生反应,2N
2(g)+6H
2O(1)═4NH
3(g)+3O
2(g)△H=+1530.4kJ•mol
-1进一步研究相同条件下NH
3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表:
实验组别 | 1 | 2 | 3 | 4 |
T/K | 303 | 313 | 323 | 353 |
NH3生成量/(10-6mol) | 4.8 | 5.9 | 6.0 | 2.0 |
O2生成量/(10-6mol) | 3.6 | 4.4 | 4.5 | 1.5 |
反应时间/h | 3 | 3 | 3 | 3 |
容器体积/L | 2 | 2 | 2 | 2 |
①请在图中画出上述反应在“有催化剂”与“无催化剂”两种情况下反应过程中体系能量随反应过程的变化趋势示意图(图中标明必要的文字说明).
②根据表中数据,在303K时,在3h内用氮气表示其平均反应速率为
mol•L
-1•h
-1.判断组别4中反应是否达到平衡状态
(填“是”或“否”),并说明理由
.